Создавая новый мир
     Впервые о нанотехнологиях заговорил почти полвека назад нобелевский лауреат Ричард Фейнман, предсказавший, что человек сможет конструировать материальный мир, манипулируя атомами и молекулами, как болтами и гайками. Само же понятие «нанотехнология» (древнегреческое слово «нано» означает одну миллиардную долю чего-либо) ввел в 1974 году японец Норе Танигути для описания процесса построения новых объектов и материалов при помощи манипуляций с отдельными атомами. По сути, это стало началом третьей научно-технической революции, коренное отличие которой от предыдущих двух заключается в том, что впервые человек получает возможность по своей воле создавать новый мир, живую материю, основанные на саморегуляции. Ведь раньше саморегуляцией были наделены только живые организмы, теперь же нанотехнологии сделают ее свойством неживой материи.
     Взять, к примеру, нанороботов. Они будут обладать способностью самовоспроизводиться, создавать из произвольного органического и неорганического подручного материала любые предметы. Введенный в организм человека наноробот сможет самостоятельно передвигаться по кровеносной системе и исправлять характеристики тканей и клеток, очищать организм от микробов и молодых раковых клеток, холестерина. Также не будет проблем с перестройкой человеческого тела для качественного увеличения естественных способностей. Считается, что с развитием наномедицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный срок.
     Основной проблемой в наноиндустрии на сегодняшний день, отмечается на сайте www.nanonewsnet.ru, является управляемый механосинтез, то есть составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. За изготовление такого устройства назначена премия только из фонда Института молекулярного производства (IMM) в размере 250 тыс. долларов. Как только будет получена система «нанокомпьютер – наноманипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2010 – 2020 гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс – он соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного вмешательства человека.
     На основе системы «нанокомпьютер – наноманипулятор» станут организовывать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной трехмерной сетке расположения атомов. Комплекс роботов будет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс будет создавать копию, идентичную, вплоть до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 2020 – 2030 гг.). Это позволит упразднить имеющиеся в настоящее время фабрики, производящие продукцию с помощью объемной технологии. Достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он будет собран и размножен сборочным комплексом.
     Благодаря нанотехнологиям многие технические части упростятся вследствие новых технологий сборки, многие станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее недоступные человеку из-за отсутствия технологий сборки и конструирования. Эти механизмы будут состоять, по сути дела, из одной очень сложной детали. С помощью нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90 процентов.
     Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, производство подводных строений в Мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это в 2050 году). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии.
     На потребительском рынке уже появилось немало товаров, которые своими уникальными свойствами обязаны нанотехнологиям. Скажем, есть нанокомпозиты для пломбирования зубов и кремы для защиты от солнечной радиации. Даже в такой крупномасштабной отрасли, как металлургия, для нанотехнологий нашлось дело. Оказывается, металл можно ковать так, что в нем появляются наноструктуры, которые значительно повышают прочность. Средства отображения информации уже пополнились прозрачными и гибкими дисплеями на основе нанотрубок или квантовых точек. Через несколько лет с их помощью можно будет реализовать сворачиваемые электронные газеты, обновляемые непосредственно через беспроводные сети. Современные транзисторы уже выполняются по технологическому процессу 65 нанометров, а впереди еще несколько переходов до границы в 11 нанометров.
     «F-16 на ногах»
     Как это было всегда в развитии человечества, новые технологии в первую очередь привлекали специалистов-оборонщиков, которые стремились найти им применение в военном деле. Не стали исключением и нанотехнологии. Военные рассчитывают, что созданные на этой основе боевая техника и вооружения коренным образом изменят характер ведения боевых действий. В американских военных кругах прочно укоренилась точка зрения, что широкое внедрение нанотехнологий в строительство и развитие вооруженных сил позволит одержать победу в нечеловечески быстрой и разрушительной войне. Поэтому в США уже усиленно работают по созданию новых вооружений и защиты от них, используя нанотехнологии.
     Так, на базе Массачусетского технологического института создан Институт солдатских нанотехнологий для разработки экипировки и вооружения «солдата будущего». Работы, пишет российский эксперт в области нанотехнологий Юрий Свидененко, ведутся по семи проектам, каждый из которых составляет отдельный «кирпичик» будущего солдата. В результате из человека, обмундирования и оружия должен получиться некий гибрид, элементы которого будут настолько тесно связаны между собой, что полностью экипированного «солдата будущего» можно будет назвать отдельным организмом — автономным, быстродействующим, выживаемым.
     Для того чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров достаточно прочным, исследователи хотят создать его на основе структуры паутины. «Изучив структуру паутины, – заявил Паола Хэммонд, руководитель команды по биологической и химической защите Института солдатских нанотехнологий, – мы создали нановолокна из полиуритана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей». Жесткость костюму будут обеспечивать наночастицы, присоединяющиеся к определенным участкам волокон, соединяя их между собой. Такая броня сможет принять неограниченное количество пуль, в то время как современные бронежилеты после попадания определенного количества пуль приходят в негодность.
     Ответная реакция костюма будет аналогична работе подушек безопасности в автомобилях. «Меньше секунды пройдет между детектированием удара или кровотечения и ответной реакцией костюма», – говорит другой американский ученый Эдвин Томас. И все это благодаря создаваемым наноакселерометрам. Именно они будут использоваться в качестве детекторов ударов в костюме.
     Все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер, который будет принимать решения о трансформировании костюма в экзоскелет или броню мгновенно и независимо от солдата. Если солдат болен, то доктор, находящийся в тысячах километров от него, проанализировав состояние солдата, отдаст соответствующие команды медицинскому компьютеру, который сделает необходимые инъекции и сконфигурирует экзоскелет. Если же солдат не успеет сам вызвать медика, то это сделает его компьютер по данным датчиков, заблокировав солдата в экзоскелете и включив системы жизнеобеспечения. Таким образом солдат будет «закован в латы» до прихода врача.
     Ряд полимерных линейных приводов (актюаторов), из которых будет состоять костюм, по сигналу от медицинского компьютера будет делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат поломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма. Как говорит один из исследователей, специально сконструированные наномашины-усилители, входящие в состав экзоскелета брони, смогут увеличить силу солдата на 300 процентов.
     Костюм будет способен распознавать химическую или биологическую атаку. Для этого уже создан чип, на котором содержится около 1,5 миллиона живых клеток человеческой печени, чувствительной, как известно, к различным вирусам и ядам. Чип представляет собой две ультратонкие пластины из кремния, разделенные рядом микроканалов и расположенные специальным образом на костюме. Как только к клеткам поступят вещества, вредные для человека, они выработают определенный химический ответ, который будет интерпретирован медицинским компьютером, и солдат получит сообщение об опасности. Это позволит ему защититься от химической или биологической атаки раньше, чем она станет смертоносной.
     Шлем солдата оснащен сенсорами, детектирующими вибрации костей черепа и челюстей. Эта система успешно заменяет обычный микрофон, использовавшийся ранее. Весь обмен информацией будет производиться через проектор, который передает информацию прямо на сетчатку. Так у солдата появится ряд «операционных окон», которые будут информировать солдата о приказах, о противнике, заменят бинокль и приборы ночного видения, а также будут отображать состояние организма. Солдаты смогут обмениваться данными в реальном времени с транспортными средствами, вертолетами, танками, роботами поддержки и другой техникой. Возможно также дистанционное управление техникой солдатом.
     Еще одной составной частью обмундирования станет заплечный рюкзак, благодаря которому модель экипировки «солдата будущего» получила название «F-16 на ногах». В этом рюкзаке разместится система позиционирования и навигации, которая позволит военнослужащему проделать все те операции по навигации, что и компьютеры самолета F-16. «Этот солдат может пересечь джунгли, ни разу не сбившись с пути», — говорит Де Гэй, один из исследователей создаваемой будущей экипировки. В новом костюме воин сосредоточится только на одном — на ведении боя.
     «Умная пыль»
     Экипировку «солдата будущего» планируется создать к 2020 году. Однако к этому времени она может уже устареть, так как параллельно с ней разрабатываются боевые нанороботы, которые должны заменить солдат на поле боя. Американская армия уже объявила о своих планах массовой замены солдат роботами. Ожидается, что к 2015 году около трети военной техники США сможет работать в полуавтономном режиме. Боевые роботы будут действовать на земле и в воздухе. Беспилотные самолеты будут разбрасывать на поле боя тысячи сенсоров, которые будут прослушивать окружающую местность, различать звуки, издаваемые вражеской военной техникой, и передавать полученную информацию в штаб.
     В июле нынешнего года Джон Баркер, профессор Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго, заявил, что вместе с коллегами ему удалось создать математическую модель собирания кибернетических микроустройств в стаи. «Большинство частиц могут «разговаривать» только с ближайшими соседями, но когда их много, они могут «общаться» на куда больших расстояниях, – поясняет ученый. – В ходе моделирования мы добились объединения 50 устройств в единый рой – и сумели это сделать, несмотря на сильный ветер». По его словам, с помощью микроустройств радиусом в миллиметр можно будет в случае необходимости формировать рои и заставлять их двигаться в нужном направлении. В Пентагоне тут же среагировали на изобретение и придумали ему применение: облако нанороботов, несущих заряд, окутывает бронированную машину противника и взрывается.
     Может такое «облако» использоваться и в интересах разведки. Сценарий действий здесь может быть таким. Распыленное в окрестностях важного объекта «облако» незаметно перемещается в его сторону. Попутно выбираются оптимальные места для размещения «субоблачков». «Облако» видеонаблюдения, каждая пылинка которого представляет собой отдельный пиксель матрицы с интерфейсом связи с соседями, стремится занять лучшую позицию для большего обзора пространства. «Жучки» или, возможно, «мошки» устанавливают «контроль за звуками». Самая сложная часть — передача информации в штаб разведки — в ближайшее время вряд ли сможет обойтись без засылки агента с устройством. Кстати, в Афганистане американцы уже применяли нечто подобное, получившее название «Smart Dust» («умная пыль»). Микроскопические датчики размером всего несколько сантиметров разбрасывались с самолетов в определенном районе. Их сигналы поступали на командный пункт, где анализировались специалистами. Таким образом собирались данные о расположении отрядов «Талибана», передвижении техники и даже возможных засадах противника.
     Перспективным направлением применения нанотехнологии в военном деле считается создание новых материалов для боевой техники и оружия. Например, военные машины предполагают оснастить специальной «электромеханической краской», которая позволит менять им цвет наподобие хамелеона, а также предотвратит коррозию и сможет «затягивать» мелкие повреждения на корпусе машины. «Краска» будет состоять из большого количества наномеханизмов, которые позволят выполнять все вышеперечисленные функции. На исследования «нанокраски» министерство обороны США выделило исследователям около двух миллиардов долларов в год. Также с помощью системы оптических матриц, которые будут отдельными наномашинами в «краске», исследователи хотят добиться эффекта невидимости машины или самолета. А компания NanoTriton выпустила покрытие NanoTuf™, состоящее из наночастиц в растворе, для прозрачных полимерных поверхностей, которое в несколько раз увеличивает прочность пластика. При нанесении их на пластиковую поверхность они образуют сверхтвердую пленку, которая не только защищает от биологических и химических агентов, но и от попадания пули.
     Компания Crossbow, специализирующаяся на разработке различных электронных устройств, выпустила систему навигации NAV420, которая позволяет управлять военной техникой на расстоянии. При этом блок навигации можно подключить к самолету, кораблю, боевой машине или танку. NAV420 также обеспечивает связь с GPS, выдает точные координаты, скорость и высоту той машины, на которой установлен. Его уже используют в управлении беспилотными самолетами Global Hawk, в новых машинах типа Hummer, управляемых дистанционно, а также в опытных образцах морских разведывательных судов. Высокая точность системы навигации зависит от встроенных МЭМС-сенсоров и МЭМС-акселерометров. Эти сенсоры изготовлены с помощью фотонанолитографии и последующей микросборки. В 2005 году начался выпуск 155-мм управляемого снаряда Excalibur и управляемого снаряда XM395 для 120-мм мортир. Снаряд XM395 оборудован лазерным искателем, который определяет расстояние до цели и координирует курс снаряда по данным, полученным системой навигации с GPS. В XM395 используются микроактюаторы, с помощью которых раскрываются стабилизаторы снаряда в процессе полета.
     Таким образом, на сегодняшний день основные усилия военных нанотехнологов направлены, судя по сообщениям информационных агентств, на поиск новых материалов, улучшение систем управления боевой техникой, создание самовосстанавливающихся систем, например, позволяющих автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета, или изменять ее цвет, связи и разработку систем защиты от бактериологического и химического оружия.
     Опасности на пути
     В компьютерной игре-стратегии «Периметр» война ведется с применением нанооружия. Отряд, состоящий из нанороботов, может трансформироваться по приказу прямо на поле боя в любой вид военной техники: танк, корабль, самолет. Если сейчас это фантастика, то, скорее всего, через 40-50 лет подобные системы могут уже появиться на вооружении. Во всяком случае, именно в этом направлении и ведутся в основном работы в научных лабораториях, связанных с военными ведомствами.
     Вместе с тем ученые и аналитики предупреждают о возможных опасностях, которые ожидают человечество с внедрением нанотехнологий, в том числе и в военное дело. Так, до сих пор точно неизвестна токсичность обычных наноматериалов, получающихся в процессе производства наноструктур, не говоря уже о последствиях применения нанотехнологического оружия.
     Любая страна, получившая на вооружение всю мощь молекулярного производства, сможет, утверждает в одном из интервью Майкл Тредер, исполнительный директор Центра надежных нанотехнологий, в самые короткие сроки проектировать, тестировать, создавать прототипы и выпускать в массовое производство самые различные виды вооружений: от макро до микро. То есть автоматически обретет небывалую ранее экономическую независимость и военную мощь. 
     Для создания мощного ядерного арсенала требуются крупномасштабные исследовательские и производственные работы, которые легко будет заметить неприятелю и по ним сделать вывод о боевой мощи врага. Молекулярное же производство позволит, по словам Тредера, сократить срок между дизайном, прототипом и массовым производством в несколько десятков раз, поэтому военная мощь страны, использующей нанофабрики, будет расти не по годам, а по часам. Как только образец будет испытан, массовое автоматизированное молекулярное производство выпустит миллионы рабочих военных устройств за считанные часы. Поэтому неприятель не сможет узнать, насколько изменилась военная мощь его противника за короткое время. Подобное производство трудно проследить, поскольку оно будет вестись во многих разрозненных производственных центрах.
     Вот почему из-за развития нанотехнологий у человечества появится три новые опасности: постоянная возрастающая экономическая независимость стран, быстрое развитие высокотехнологичного вооружения и его производство в больших количествах и дестабилизация современного мирового баланса сил.
     Кроме опасности неконтролируемой гонки нановооружений, предупреждает Майкл Тредер, возникает и угроза использования нанотехнологий отдельными организациями и группами людей. Особенно опасно, если эта группа людей или организация использует молекулярное производство монопольно. А то что всевозможные тоталитарные секты и террористические организации, стремящиеся шантажировать весь мир, будут пытаться завладеть нанотехнологиями, сомневаться не приходится.
     В этом году пятьдесят два государства мира инвестируют 12 миллиардов долларов в развитие и внедрение в производство нанотехнологий. Тон здесь задают США, Европа, Япония и Китай. Причем если совсем недавно Китай находился во втором десятке, то сейчас он вышел на второе место в разработке нанотехнологий. О своем намерении войти в число лидеров по освоению нанотехнологий заявила и наша страна. «Это то направление деятельности, на которое государство не будет жалеть никаких средств», – заявил Президент России Владимир Путин, выступая в апреле на совещании в научном центре «Курчатовский институт».
     Подтверждением тому стало принятие Госдумой РФ Закона «О Российской корпорации нанотехнологий». Согласно ему главной функцией корпорации является деятельность по выработке государственной политики в сфере научно-технической и инновационной деятельности в области нанотехнологий, а также осуществление финансовой поддержки проектов в наносфере. Этим документом в российское законодательство впервые вводятся такие понятия, как «нанотехнологии» и «наноиндустрия». Как предполагается, при реализации федеральных целевых и иных программ в этих областях корпорация будет выступать в качестве государственного заказчика.
     По своему масштабу проект сравним с программой освоения космоса или созданием ядерной бомбы. В течение трех лет на него будет выделено около двухсот миллиардов рублей, или более семи миллиардов долларов. Они будут направлены на внедрение нанотехнологий в самые разные области производства и деятельности человека. Вне всякого сомнения, нанотехнология станет ключевой отраслью и для создания сверхсовременного и сверхэффективного как наступательного, так и оборонительного вооружения, а также средств связи. При этом Россия не намерена развивать нанотехнологии для наращивания гонки вооружений. «Никакой гонки вооружений мы не затеваем и в любом случае участвовать в ней не будем», — заверил первый вице-премьер РФ Сергей Иванов.
     На снимке: Наноробот ремонтирует живые клетки.